一种基于多重cPCI控制器的谐波电流分次补偿方法与流程

本发明涉及电力电子变换器和电机驱动领域中的cpci控制器，尤其涉及一种基于多重cpci控制器的谐波电流分次补偿方法。

背景技术：

随着电力电子等非线性负荷在电力电子变换器和电机驱动领域应用越来越广泛，电网电流产生谐波分量，谐波电流是一种污染，它将增大元件的损耗，降低用电设备的使用效率，影响电力电子变换器和电机驱动装置的正常工作。为了消除谐波对设备性能的影响，需要对谐波电流进行补偿。

谐波电流补偿分为两种情况，一种是谐波电流不平衡时的补偿，电流控制器要同时对正负序电流分量进行补偿；另一种是谐波电流平衡时的补偿，只需对其正序或负序分量进行补偿。

双边型控制器，例如pr或vpi控制器，可以同时实现对正负序分量的控制，在谐波电流控制中得到了广泛的应用。但是在谐波平衡情况下，电流控制器采用单边型控制器将有利于增大系统的带宽，提高电流动态响应速度。为了满足两种谐波电流补偿情况，电流控制器需要根据谐波电流是否平衡，在单边型与双边型控制器之间灵活切换。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提供一种基于多重cpci控制器的谐波电流分次补偿方法，该方法增大了电流环的带宽，提高了电流环的动态响应速度。

技术方案：本发明基于多重cpci控制器的谐波电流分次补偿方法，包括以下步骤：

(1)对负载电流il进行谐波检测，计算需要补偿的谐波电流ilh；

(2)将电压外环生成的基波电流参考值if1^*和需要补偿的谐波电流相加得到电流参考值与实际电流if的差值作为并联型cpci电流控制器的输入；

(3)并联型cpci电流控制器的输出为调制波信号，通过调制模块产生pwm信号，控制主电路开关管的开断。

电流控制器采用多个cpci控制器的并联结构，补偿指定次谐波电流；当单次谐波电流存在不平衡时，其控制频率的cpci控制器配置为双边型，同时实现对正序和负序分量的调节；当单次谐波电流平衡时，其控制频率的cpci控制器配置为单边型，仅需控制正序或负序分量。

对于n次谐波电流，双边型控制器传递函数为：

单边型控制器传递函数为：

其中，k＝0,1,2,…，kpn为第n次cpci控制器比例环节系数，kin为第n次cpci控制器积分环节系数，s为复频域，j为复数单位，ωe为控制频率，假设电网频率为f，则ωe＝2*π*f。

多重cpci控制器由各频次的cpci控制器并联叠加得到，其传递函数为：

其中，n为需要补偿的谐波电流次数。

有益效果：与现有技术相比，本发明为谐波电流控制器的设计提供了一种灵活高效的方法，相较于pr、vpi控制器，在控制不平衡的谐波时，cpci控制器与其性能相当；在控制平衡的单次谐波时，本方法的计算量减少一半，电流环的带宽增加一倍，显著提高了电流环的动态响应速度，能够被用于储能、风力发电、光伏发电等分布式新能源并网系统中，且可以应用在电力电子变换器和电机驱动领域的谐波电流控制中，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是基于多重cpci控制器的谐波电流补偿原理图；

图2是多重cpci控制器的实现原理图；

图3是谐波不平衡下多重cpci控制器的频率响应曲线；

图4是谐波平衡下多重cpci控制器的频率响应曲线；

图5是基于多重cpci控制器的apf实验波形图，其中(a)图为谐波电流补偿稳态实验波形图，(b)图为基于多重cpci控制器的动态响应波形图。

具体实施方式

本发明包括以下步骤：

(1)对负载电流il进行谐波检测，计算需要补偿的谐波电流ilh；

(2)将电压外环生成的基波电流参考值if1^*和需要补偿的谐波电流相加得到电流参考值与实际电流if的差值作为并联型cpci电流控制器的输入；

(3)并联型cpci电流控制器的输出为调制波信号，通过调制模块产生pwm信号，控制主电路开关管的开断。

电流控制器采用多个cpci控制器的并联结构，补偿指定次谐波电流。当单次谐波电流存在不平衡时，其控制频率的cpci控制器配置为双边型，同时实现对正序和负序分量的调节；当单次谐波电流平衡时，其控制频率的cpci控制器配置为单边型，仅需控制正序或负序分量。

对于n次谐波电流，双边型控制器传递函数为：

单边型控制器传递函数为：

其中，k＝0,1,2,…，kpn为第n次cpci控制器比例环节系数，kin为第n次cpci控制器积分环节系数，s为复频域，j为复数单位，ωe为控制频率，假设电网频率为f，则ωe＝2*π*f。

多重cpci控制器由各频次的cpci控制器并联叠加得到，其传递函数为：

其中，n为需要补偿的谐波电流次数。

下面结合实施例进一步说明。

图1是基于多重cpci控制器的谐波电流补偿原理图，首先对负载电流il进行谐波检测，计算需要补偿的谐波电流ilh。然后将电压外环生成的基波电流参考值if1^*和需要补偿的谐波电流相加得到电流参考值与实际电流if的差值作为多重cpci控制器的输入。通过电流控制器计算得到调制模块的调制波，产生pwm信号，控制主电路开关管的开断。

图2为多重cpci控制器的实现原理图，多重cpci控制器由多个cpci控制器并联而成，它的功能相当于一个多路选择开关，能够灵活选择需要控制的电流频次。因此可以实现以下两个功能：首先，可以实现对指定次谐波电流进行补偿；其次，根据指定次谐波电流是否平衡，选择单边或双边控制，提高电流环的动态响应速度。

图3是谐波平衡下多重cpci控制器的频率响应曲线，假设基频为50hz，谐波电流次数为-5，+7，-11，+13。将多重cpci控制器配置为单边控制器，相比于双边控制器设置方法，单边控制器设置方法增大了单边相邻控制频率间的带宽，如图中+1，+7和+13次控制频率间的带宽，进一步提高了电流响应速度。

图4是谐波不平衡下多重cpci控制器的频率响应曲线，假设基频为50hz，谐波电流次数为±5，±7，±11，±13。将多重cpci控制器配置为双边控制器，可以实现对指定次不平衡谐波电流的控制。

图5是基于多重cpci控制器的apf实验波形，(a)图为谐波电流补偿稳态实验波形，未补偿前电网电流畸变率为27％，经过补偿后，电网电流畸变率降为3.5％。(b)图为基于多重cpci控制器的动态响应波形，投入谐波负载后，电网电流在60ms后达到稳定。